Post on 30-Jun-2015
PROPOSAL TUGAS AKHIR
RANCANG BANGUN MESIN POLES UNTUK PROSES METALOGRAFI
BAHAN BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535
Disusun oleh :
M. Fakkaruddin Arief
NRP. 2408 030055
Pembimbing :
Dyah Sawitri., ST.MT
NIP 197001011995122001
D3 TEKNIK INSTRUMENTASI
JURUSAN TEKNIK FISIKA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2011
LEMBAR PENGESAHAN
I. a. Judul : Rancang Bangun Mesin Poles Untuk Proses Metalografi
Bahan Berbasis Mikrokontroler ATMega 8535.
b. Disiplin Ilmu : Rekayasa Bahan dan Instrumentasi.
II.Peneliti Utama
a.Nama : Muhammad Fakkaruddin Arief
b.Nrp. : 2408 030 055
c.Jenis Kelamin : Laki-laki
d.Jurusan/Fakultas : D3 Teknik Instrumentasi/Teknologi Industri.
e.Institusi : Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.
III.Pembimbing : Dyah Sawitri,.ST.MT
IV.Lama Penelitian : 1 Semester
V.Proposal ke : I
VI.Status : Baru
Surabaya, 2 Maret 2011
Menyetujui,
Pembimbing Pelaksana Tugas Akhir
Dyah Sawitri., ST.MT Muhammad Fakkaruddin Arief
NIP 197001011995122001 NRP 2408 030 055
Mengetahui,
Kepala Program Studi D3 Teknik Instrumentasi
Hendra Cordova., ST.MT
NIP 196905301994121001
I. Judul
Rancang Bangun Mesin Poles Untuk Proses Metalografi Bahan Berbasis Mikrokontroler
ATMega 8535.
II. Latar Belakang
Dalam proses metalografi, untuk m,elihat struktur mikro suatu bahan ada beberapa
proses yang harus dilakukan. Yaitu pemotongan, mounting, grinding, polishing, etching dan
setelah itu baru observasi. Proses grinding dan polishing merupakan proses yang sangat
penting untuk membuat permukaan sampel menjadi halus. Polishing digunakan untuk
meningkatkan benda kerja tampak mengkilap, halus , mencegah kontaminasi pada sampel,
menghilangkan oksidasi, atau mencegah korosi pada sampel. Untuk proses polishing ini
dibutuhkan waktu yang relatif lama untuk memoles dan tenaga yang cukup besar apabila
melakukannya secara manual agar hasilnya sesuai dengan yang diinginkan untuk metalografi.
Maka untuk melakukan proses polishing digunakan mesin poles, agar hasil polesan halus
bebas goresan dan mengkilap seperti cermin dan menghilangkan ketidakteraturan sampel.
Pada umumnya, mesin poles tersebut menggunakan plat yang berputar sebagai pemoles, pada
plat tersebut dilapisi suatu lembaran kain dengan tingkat kehalusan yang tinggi ( biasanya
beludru ). Mesin poles berputar akibat gerakan motor yang digunakan. Mesin Oleh karena
pada mesin poles ini dibutuhkan keypad untuk mengatur kecepatan putaran plat, waktu
pemrosesan dan penyemprotan air. Di mesin poles ini juga menggunakan LCD untuk
penampil kecepatan yang ditentukan untuk putaran plat dan waktu yang ditentukan untuk
putaran plat. Dan semua fitur tersebut terintegrasi dan membutuhkan control berupa
mikrokontroler. Untuk itulah maka dilakukan tugas akhir ini untuk membuat mesin poles
untuk proses metalografi bahan yang efisien dengan teknologi yang baik.
III. Permasalahan
Permasalahan yang dihadapi dalam penelitian tugas akhir ini adalah bagaimana
membuat rancang mesin poles untuk proses metalografi berbasis mikrokontroler ATMega
8535 agar hasil yang diinginkan lebih maksimal.
IV. Batasan Masalah
Untuk memfokuskan penyelesaian masalah pada penelitian tugas akhir ini diperlukan
beberapa batasan masalah. Adapun batasan masalahnya adalah sebagai berikut :
1. Tidak ada sensor untuk mengetahui permukaan yang dihaluskan sudah sesuai yang
diinginkan atau belum
2. Plat grinding ada dua dan berputar secara paralel
3. Tidak ada holder untuk sampel
V. Tujuan
Tujuan dari tugas akhir ini adalah menjawab dari perumusan masalah yang dimiliki
dalam penelitian. Tugas akhir ini bertujuan agar dalam suatu proses pemolesan sampel pada
proses metalografi dapat dilakukan dengan cara yang lebih mudah, efisien untuk
mendapatkan hasil yang baik, sesuai dengan yang diinginkan.
VI. Tinjauan Pustaka
Untuk menunjang pelaksanaan Tugas Akhir ini telah dilakukan tinjauan pustaka
sehingga dapat menjadi rumusan permasalahan. Sumber wacana tersebut adalah :
1. Hasil observasi langsung pada mesin grinder yang ada di Laboratorium Rekayasa
Bahan Teknik Fisika FTI-ITS
2. Hasil observasi menggunakan Internet tentang teknologi mesin grinder.
3. Buku Metallography, principles and practice ( Vander Voort, McGraw-Hill : 1984 )
VII. Teori Penunjang
Metalografi adalah gambaran mikro pada permukaan logam yang sudah dipreparasi.
Gambaran struktur mikro itu tidak akan terlihat tanpa dipreparasi. Metalografi merupakan
pengujian dan pengamatan terhadap strukutur butir suatu logam. Dalam pengamatan secara
metalografi dapat diperoleh gambaran struktur butiran suatu logam. Pengujian metalografi
harus menggunakan bantuan dari mikroskop optik. Metalografi merupakan disiplin ilmu yang
mempelajari karakteristik mikrostruktur suatu logam dan paduannya serta hubungannya den-
gan sifat-sifat logam dan paduannya tersebut. Permukaan sampel harus benar-benar diratakan
agar sampel yang telah dipreparasi dapat terlihat dan tergambar bentuk struktur mikro dari
mikroskop sehingga cahaya yang berasal dari mikroskop akan mantul ke mata kita. Oleh
karena itu, sebelum dilakukan pengamatan mikrostruktur dengan mikroskop maka diperlukan
proses-proses persiapan sampel. Sampel yang akan diuji harus dipreparasi dengan tahap-
tahap preparasi spesimen yaitu :
1. Sampling position (proses pengambilan sampel)
2. Cutting (pemotongan sampel)
3. Mounting
4. Grinding
5. Washing
6. Polishing
7. Washing
8. Drying
9. Etching
10. Drying
11. Observasi mikroskopis / makroskopis
1. Sampling Position (Proses Pengambilan Sampel)
Pemilihan sampel yang tepat dari suatu benda uji studi mikroskopik merupakan hal
yang sangat penting. Pemilihan sampel tersebut didasarkan pada tujuan pengamatan yang
hendak dilakukan. Pengambilan sampel dilakukan pada daerah yang akan diamati
mikrostruktur maupun makrostrukturnya. Sebagai contoh untuk pengamatan mikrostruktur
material yang mengalami kegagalan, maka sampel diambil sedekat mungkin pada daerah
kegagalan (pada daerah kritis dengan kondisi terparah), untuk kemudian dibandingkan den-
gan sampel yang diambil dari daerah yang jauh dari daerah gagal. Kalau untuk ukuran butir,
pengambilan sampel sebaiknya pada arah longitudinal dan diambil dengan ukuran ¼
lebarnya. Untuk mengetahui penyebab material gagal dilakukan analisis metalografi. Di-
lakukan pembandingan analisis untuk membandingkan struktur mikro di daerah awal retak,
terkena gagal, dan daerah tidak terkena gagal.
2. Cutting (Pemotongan)
Cutting adalah proses bagian dari pengambilan sampel. Pemotongan yang dilakukan
harus tepat dan hati-hati, karena jika tidak maka akan dapat menyebabkan struktur mikro
beruba atau rusak. Misalnya pemotongan dengan cara pengelasan. Dalam proses pemotongan
pasti terjadi gesekan antara dua logam, yaitu antara logam yang ingin dipotong dengan alat
pemotongnya (gergaji). Oleh karena itu, dalam pemotongan harus dijaga jangan sampai
adanya gesekan yang dapat menghasilkan panas berlebih agar tidak merusak struktur mikro
sehingga diperlukannya coolants. Coolants adalah cairan pendingin. Dalam pemotongan
tidak boleh digunakan pemotongan basah, digunakan minyak larut dalam air (a water – solu-
ble oil). Fungsi dari coolants diantaranya adalah:
1. Mencegah karat dari komponen-komponen mesin maupun spesimen
2. Mengurangi kemungkinan kebakaran spesimen
3. Memberikan kualitas potong yang lebih baik (licin, lebih halus)
Pemotongan bisa juga menggunakan alat yang lebih modern yaitu menggunakan cut-
ting disc (wheel sectioning). Cutting disc atau disebut juga piringan yang berputar, terbuat
dari silikon karbida, intan, atau aluminium oksida. Dengan cutting disc juga diperlukan cairan
pendingin. Penggunaan cutting disc harus sesuai karena silikon karbidanya berbeda-beda
yaitu ada silikon karbida untuk material yang kasar, ada juga silikon karbida untuk material
yang lunak. Akibat dari pemakaian yang tidak sesuai menyebabkan umur pakai cutting disc
pendek dan patah.
3. Mounting
Pada dasarnya, sampel yang diuji berukuran sangat kecil atau memiliki bentuk yang
tidak beraturan sehingga sangat sulit dalam penanganan untuk proses preparasi selanjutnya
yaitu grinding dan polishing. Oleh karena itu untuk mudah penangananya atau memudahkan
kita memegang benda uji, maka sampel harus dimounting. Proses mounting dilakukan dengan
cara menempatkan benda uji dalam suatu media mounting press machine dan ditaburkan ser-
buk. Serbuk yang digunakan biasanya adalah bakelit. Didalam prosesnya diberi panas dan
tekanan agar menjadi satu kesatuan (spesimen) antara sampel dengan bakelit. Adapun kegu-
naan dari mounting adalah]:
1. Untuk memudahkan kita memegang benda uji atau memudahkan kita preparasi spesi-
men
2. Untuk mendapatkan kerataan permukaan dari spesimen mounting dimana bahan mount-
ing dikorbankan dan spesimen tetap rata
3. Untuk multiple sampling atau banyak sampel yang dipegang
4. Untuk memperpanjang usia bahan mounting (tidak mudah sobek)
5. Untuk keamanan si penguji dari spesimen
6. Untuk mempermudah proses mikroskopis saat pengamatan
7. Untuk memberi identitas terhadap sampel yang banyak pada parameter yang berbeda
8. Untuk memudahkan dalam penyimpanan
Adapun jenis-jenis bahan untuk mounting adalah ada 3 macam [Tri Djaka, 2009]:
1. Clamp mounting, sampelnya misalnya berupa lembaran-lembaran tipis dengan ketebalan
1 mm, terdapat 10 sampel dibariskan sejajar dan di sisi muka dan belakang diberi logam
lain yang berbeda (ukurannya harus lebih besar dari sampel) kemudian dibuat dua buah
lubang yang tembus hingga ke belakang. Dan dipermukaannya masing-masing diberi
identitas. Kelebihan dari jenis bahan mounting ini yaitu prosesnya sangat cepat, ukuran
fleksibel dan dapat dipakai ulang clampnya.
2. Castable mounting, jenis bahan mounting dimana bahan serbuk diberi pelarut dan serbuk
itu diletakkan dalam satu tempat dengan dengan spesimen, kemudian dibalik dan bagian
permukaan atasnya datar. Contoh serbuknya adalah polister, epoxies (transparan) atau
acrylics. Kelebihannya adalah spesimen dengan ukuran besar / kecil dapat dimounting,
cetakannya bias digunakan berulang-ulang.
3. Compression mold dimana ukuran diameter tetap, jika berubah maka mesin harus diganti.
Jenis material yang digunakan thermosetting dan thermoplastic.
Media mounting yang dipilih haruslah sesuai dengan material dan jenis reagen etsa yang
akan digunakan. Pada umumnya mounting menggunakan material plastik sintetik. Material-
nya dapat berupa resin (castable resin) yang dicampur dengan hardener, atau bakelit. Penggu-
naan castable resin lebih mudah dan alat yang digunakan lebih sederhana dibandingkan bake-
lit, karena tidak diperlukan aplikasi panas dan tekanan. Namun bahan castable resin ini tidak
memiliki sifat mekanis yang baik (lunak) sehingga kurang cocok untuk material-material
yang keras. Teknik mounting yang paling baik adalah menggunakan thermosetting resin den-
gan menggunakan material bakelit. Material ini berupa bubuk yang tersedia dengan warna
yang beragam. Thermosetting mounting membutuhkan alat khusus, karena dibutuhkan ap-
likasi tekanan (4200 lb/in2) dan panas (1490C) pada mold saat mounting.
4. Grinding
Grinding merupakan salah satu tahap preparasi spesimen dimana dalam proses ini di-
lakukan pengampelasan. Permukaan spesimen hasil dari proses sebelumnya, pasti memiliki
permukaan yang tidak rata, terkorosi, terdapat gesekan bahkan porositas. Untuk meratakan
dan menghilangkan itu semua maka dilakukan grinding (pengampelasan). Pengampelasan di-
lakukan dengan ampelas yang ukurannya berbeda-beda yaitu ukuran kertas ampelasnya
dikatakan dengan mesh. Pengampelasan dilakukan mulai dari nomor mesh yang rendah
(kasar) hingga yang tinggi (halus).
Pengampelasan dilakukan pada mesin grinding dimana dilakukan dalam piringan
berputar dan diberi coolants air. Air berfungsi untuk memperkecil kerusakan akibat panas
yang timbul yang dapat merubah struktur mikro sampel dan memperpanjang masa pemakaian
kertas amplas. Dengan pengampelasan dapat meratakan dan menghaluskan permukaan sam-
pel dengan cara menggosokkan sampel pada kain abrasif / amplas.
5. Polishing
Secara metalografi, polishing adalah proses terakhir dari bagian preparasi spesimen un-
tuk mendapatkan permukaan benda kerja yang halus dengan menggunakan mesin poles meta-
lografi yang terdiri dari piringan yang berputar dan didalamnya menggunakan gaya abrasif.
Polishing sering digunakan untuk meningkatkan benda kerja tampak mengkilap, halus ,
mencegah kontaminasi peralatan medis, menghilangkan oksidasi, atau mencegah korosi pada
pipa. Dalam metalografi dan metalurgi, polishing digunakan untuk membuat plat rata, mem-
buat permukaan benda kerja bebas dari cacat sehingga memudahkan dalam pemeriksaan
mikrostruktur logam dengan mikroskop. Bahan pengisi dalam polishing menggunakan silikon
dan paduannya, alumina oksida atau intan. Untuk mencegah oksidasi lebih lanjut, permukaan
logam yang dipoles menggunakan wax, minyak atau pernis. Sebelum memasuki proses pol-
ishing, ada beberapa metode polishing yang dapat digunakan, yaitu:
1. Mechanical polishing
Proses polishing biasanya multistage karena pada tahapan awal dimulai dengan penggosokan
kasar (rough abrasive) dan tahapan berikutnya menggunakan penggosokan halus (finer abra-
sive) sampai hasil akhir yang diinginkan. Mesin poles metalografi terdiri dari piringan
berputar dan diatasnya diberi kain poles terbaik yaitu kain “selvyt” (sejenis kain beludru).
Cara pemolesannya yaitu benda uji diletakkan diatas piringan yang berputar dan kain poles
diberi air serta ditambahkan sedikit pasta poles. Pasta poles yang biasa dipakai adalah jenis
alumina (Al2O3) dan pasta intan (diamond).
2. Chemical-mecanical polishing
Merupakan kombinasi antara etsa kimia dan pemolesan mekanis yang dilakukan serentak di
atas piringan halus. Partikel pemoles abrasif dicampur dengan larutan pengetsa yang umum
digunakan untuk melihat struktur spesimen yang dipreparasi. Metode ini akan memberikan
hasil yang baik jika larutan etsa yang diberikan sedikit tetapi pada dasarnya bebas dari logam
pengotor akibat dari abrasif.
3. Electropolishing
Electropolishing disebut juga electrolytic polishing yang banyak digunakan oleh stainless
steel, tembaga paduan, zirconium, dan logam lainnya yang sulit untuk dipoles dengan metode
mechanical. Metode electropolishing dapat menghilangkan bekas cutting, grinding dan
proses mechanical polishing yang digunakan dalam preparasi spesimen. Ketika electropol-
ishing digunakan dalam metalografi, biasanya diawali dengan mechanical polishing dan di-
ikuti oleh etching. Mekanismenya yaitu menggunakan sistem elektrolisis yang terdiri dari an-
oda (+) dan katoda (-). Spesimen yang dimasukan ke dalam larutan elektrolit asam berada di
anoda sedangkan yang berada di katoda adalah logam yang harus lebih mulia dari spesi-
menya dan harus tahan terhadap larutan elektrolitnya serta tidak boleh larut. Ketika proses,
spesimen yang di anoda akan larut karena teroksidasi. Dalam proses ini diberi pengaduk agar
logam yang terkikis meyebar merata.
6. Etching
Etsa merupakan cara untuk mengikis batas butir secara selektif dan terkendali dengan
pencelupan ke dalam larutan pengetsa baik menggunakan listrik maupun tidak ke permukaan
sampel sehingga detil struktur yang akan diamati akan terlihat dengan jelas dan tajam
sehingga struktur bahan dapat diamati dengan jelas dengan menggunakan mikroskop optik.
Etsa dengan reagen kimia yang sesuai digunakan untuk menampilkan morfologi fasa susunan
dan ukuran butir. Lubang etsa berkaitan dengan orientasi dan efek deformasi plastis.
Meskipun lebar batas butir hanya beberapa diameter atomik, batas butir dietsa dengan berba-
gai bahan. Pada penerangan medan terang, cahaya dari permukaan pantul dipantulkan kem-
bali ke objektif, sehingga tampak terang. Penerangan medan gelap membalikkan efek ini, dan
yang terlihat terang adalah batas butir [Smallman, 2000].
7. Observasi
Pengamatan dilakukan dengan menggunakan mikroskop optik. Pengamatan ini dilakukan
setelah pemolesan hingga tahap pencucian pun telah selesai. Dalam prosesnya kita menga-
mati gambaran topografi struktur mikro spesimen yang telah dipreparasi menggunakan
mikroskop cahaya. Mikroskop cahaya menyediakan gambaran struktur dua-dimensional den-
gan perbesaran total dari 40x hingga 1250x [Smallman, 2000]. Komponen utama mikroskop
cahaya adalah:
1. Sistem penyinaran atau penerangan terdiri dari sumber cahaya dan aperture yang dapat
diatur
2. Lensa objektif dan lensa okuler (lensa mata) yang dipasang pada ujung tabung silindris
3. Dudukan spesimen (tetap atau dapat diputar)
VIII. METODOLOGI PENELITIAN
Metodologi penelitian yang dilakukan dalam pengerjaan tugas akhir ini adalah sebagai
berikut :
Studi Literatur
Pembuatan rancang bangun,mekanik & elektrik.
Pengujian bahan
Analisa hasil & Kesimpulan
Selesai
Mulai
Tidak
Ya
Gambar 10 Metodologi Penelitian
IX. JADWAL KEGIATAN
Kegiatan penelitian ini akan dilaksanakan dengan jadwal sebagai berikut :
Tabel 2.2 Tabel Kegiatan
No Kegiatan Maret April Mei Juni
1 Studi Literatur
2Pembuatan Rancang Bangun , Mekanik & Elektrik
3 Pengujian Bahan
4Analisa dan Pembahasan Hasil Pengujian
5 Penyusunan Laporan
X. DAFTAR PUSTAKA
www.wikipedia.com/metallography
Vander Voort. 1984. Metallography, Principles and Practice. New York : McGraw-Hill,Inc